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Nature子刊:新里程碑CRISPR-SNP-chip无扩增检测单点突变

Aran说:“由于CRISPR的可编程性和易用性,基于CRISPR的诊断领域正在迅速发展。然而,大多数基于CRISPR的诊断平台仍然依赖于目标扩增或光学检测。CRISPR的可重编程性与无光学高度可扩展的石墨烯晶体管相结合,将使我们能够将CRISPR的诊断能力充分发挥其潜力。

“检测单核苷酸多态性(SNPs)的能力是人类健康遗传学的核心,但SNPs的检测在药理学和农业中也非常重要,并且是进化变化的驱动力,例如赋予抗生素抗性的突变。消除对扩增和光学器件的需求将使SNPs基因分型易于获得。”

Aran领导研究小组于2021年4月5日发表题为“Discrimination of single-point mutations in unamplified genomic DNA via Cas9 immobilized on a graphene field-effect transistor”的《Nature Biomedical Engineering》论文(https://www.nature.com/articles/s41551-021-00706-z). 

SNP芯片技术是先前报道的CRISPR ChipTM的扩展,该技术能够检测大的插入和缺失。它曾在2019年6月登上了Nature Biomedical Engineering封面。

利用石墨烯晶体管,作者现在利用几种版本的CAS酶和gRNA设计并监测从石墨烯晶体管获得的各种不同电信号,以构建新版本的CRISPR ChipTM,其最终实现无需扩增的SNPs检测。新开发的CRISPR芯片组称为SNP-Chip,是重塑基于核酸的检测方法的另一个重要里程碑。

“通过Cardean晶体管将多种CRISPR-Cas生物学与电子技术相结合,为诊断应用开辟了全新的可能性,”立陶宛维尔纽斯大学教授CasZyme管理委员会创始人兼主席Virginjus Siksnys博士说。“使用Cas9直向同源物进行SNP检测只是冰山一角。”

本文验证了SNP-Chip的实用性,用于测试从镰状细胞病和ALS患者获得的样品中的SNPs突变。在这两种临床模型中,该平台能够在不扩增的情况下区分整个人类基因组内的健康基因和突变基因,并且通过简单交换gRNA以靶向所需的DNA序列,表明平台易于针对不同的DNA靶标重新配置。

SNP-Chip具有极大影响医学诊断和基础研究的潜力,因为它可以显着减少SNPs基因分型的时间和成本,监测gRNA设计的效率,并促进基于CRISPR的基因编辑所涉及的质量控制过程。

加州大学伯克利分校生物工程教授合著者Irina Conboy博士说:“SNP-Chip的数字,直接,快速和准确的SNPs分析将彻底改变基因突变的筛选。这项新技术将为发现疾病和衰老的潜在过程提供信息,并将实现更快,更有效的临床翻译。”

新技术具有单核苷酸错配特异性的靶基因的无扩增检测具有简化遗传研究和诊断的潜力。此外,它将为以前局限于实验室环境的生物传感应用提供更大的灵活性。


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